摘 要

本文通过计算流体力学软件FLUENT首先针对太阳能温室大棚在太阳辐射下的自然对流过程进行了三维数值模拟，对温室大棚内不同的太阳辐射角度以及不同辐射强度下的两种情况下的自然对流仿真结果进行了比较，所得结果对于在太阳辐射下温室大棚内的自然对流分析具有一定的参考意义。

论文主要研究了太阳辐射强度以及太阳辐射角度对温室大棚自然对流的影响。

研究结果表明：不同太阳辐射强度下，温室内的温度不同，辐射强度越大，温室内温度越高，自然对流流速越快，自然对流换热量也越大；不同的太阳辐射角度下，温室正面面向太阳的一侧墙壁附近的空气温度相较于背向太阳的一侧温度更高一些。

本文的特色：采用半拱形的温室大棚简化模型，Rosseland辐射模型结合太阳光线追踪法，自定义不同太阳辐射强度和辐射角度进行仿真分析其对温室大棚内的自然对流的影响。

关键词：温室大棚，太阳辐射，自然对流，CFD仿真

Abstract

In this paper, the three-dimensional numerical simulation of the natural convection process in the greenhouse under the solar radiation is carried out by using the computational fluid dynamics software FLUENT. The simulation results of the natural convection in the greenhouse under different solar radiation angles and different radiation intensities are compared. The results are useful for the analysis of the natural convection in the greenhouse under the solar radiation The analysis has certain reference significance.

This paper mainly studies the influence of solar radiation intensity and solar radiation angle on natural convection in greenhouse.

The results show that: under different solar radiation intensity, the temperature in the greenhouse is different, the higher the radiation intensity is, the higher the temperature in the greenhouse is, the faster the natural convection velocity is, the greater the natural convection heat transfer is; under different solar radiation angles, the air temperature near the wall of the front side of the greenhouse facing the sun is higher than that of the back side.

The characteristics of this paper: the semi arch greenhouse simplified model, Rosseland radiation model combined with the sun ray tracing method, customized different solar radiation intensity and radiation angle to simulate the impact of natural convection in the greenhouse.

Key words: greenhouse, solar radiation, natural convection, CFD simulation

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第1章 绪论 1

1.1 太阳能温室大棚的研究意义 1

1.2 太阳能温室大棚国内外研究现状 2

1.2.1 玻璃温室大棚 3

1.2.2 塑料温室大棚 3

1.3 自然对流 3

1.4 研究的基本内容和研究目标 4

1.5 拟采用的技术方案及措施 4

第2章 太阳能温室大棚的建模与网格划分 5

2.1 太阳能温室大棚的原理 5

2.1.1 太阳能温室大棚流体的CFD控制方程 6

2.2 三维建模 8

2.3 网格划分 9

2.3.1 网格划分方法的选择 9

2.3.2 网格质量检查 10

2.4 太阳能温室大棚湍流模型的设置 11

2.5 太阳能温室大棚辐射模型的设置 12

2.6 太阳能温室大棚边界条件的设置 13

2.7 太阳能温室大棚求解计算设置 14

第3章 太阳能温室大棚参数化有限元分析 18

3.1 不同太阳辐射强度下太阳能温室大棚内的自然对流 18

3.1.1 温度云图 18

3.1.2 压力云图 20

3.1.3 速度云图和矢量图 20

3.2 不同太阳辐射角度下太阳能温室大棚内的自然对流 21

3.2.1 温度云图 21

3.2.2 压力云图 23

3.2.3 速度云图和矢量图 24

3.3 结论 24

第4章 总结与展望 26

参考文献 28

致谢 30

绪论

太阳能温室大棚的研究意义

农业自古以来就在一定程度上促进着我国的发展，我国不仅是农业生产的大国还是农产品消费大国。虽然我国国土面积庞大，粮食种植区域众多，比如我国著名四大粮仓：东北平原、华北平原、长江中下游平原和珠江三角洲平原，但是由于我国人口众多，对粮食的需求量巨大，所以对于粮食的稳产和量产有更高的要求，而这一方面也寄托在了温室大棚的种植上。从古代的刀耕火种，勤劳中国人民通过自己的双手和早出晚归的辛苦劳作，不断地开垦耕地，大量种植粮食以满足我国13多亿人口的生活需求。农业漫长的发展过程其实也是人们不断挑战大自然和改造大自然的过程，其中温室大棚的应用就是一个典型的例子，人们通过建造温室大棚在许多不适合农作物生长的地方也种出了粮食，比如我国的南极考察科研人员成功的在南极考察站建立起了蔬菜温室，让即使身在寒冷的南极的考察人员也能够吃上新鲜的蔬菜。温室大棚的应用为我国解决人民温饱问题发挥了重要作用。

人们建立温室的主要目的是为了给农作物建立一个相比于自然环境温度下的一个高温空间，即温室。通过太阳能温室为温室内农作物提供一个适宜的生长温度，从而有利于农作物的生长。